RAFAEL FRANCISCO THIBES ANÁLISE DE DESEMPENHO DE TRÁFEGO DE REDE IPV4/IPV6 EM UMA INTRANET FAST ETHERNET/GIGABIT ETHERNET

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1 RAFAEL FRANCISCO THIBES ANÁLISE DE DESEMPENHO DE TRÁFEGO DE REDE IPV4/IPV6 EM UMA INTRANET FAST ETHERNET/GIGABIT ETHERNET Monografia apresentada ao Departamento de Ciências da Computação da Universidade Federal de Lavras como parte das exigências do curso Administração de Redes Linux para obtenção do título Especialista em Administração de Redes Linux Orientador Ricardo Martins de Abreu Silva LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL 2005

2 RAFAEL FRANCISCO THIBES ANÁLISE DE DESEMPENHO DE TRÁFEGO DE REDE IPV4/IPV6 EM UMA INTRANET FAST ETHERNET/GIGABIT ETHERNET Monografia apresentada ao Departamento de Ciências da Computação da Universidade Federal de Lavras como parte das exigências do curso Administração de Redes Linux para obtenção do título Especialista em Administração de Redes Linux Aprovada em de de Prof. Prof. Dr. Ricardo Martins de Abreu Silva UFLA (Orientador) LAVRAS MINAS GERAIS BRASIL

3 AGRADECIMENTOS Gostaria de prestar esta homenagem para as queridos familiares que me acompanharam desde o início. A minha namorada pela sua dedicação e amor durante este percurso. Aos amigos que ajudavam a resfriar a cabeça nos momentos de lazer. Aos companheiros de profissão que com suas dicas muitas vezes iluminaram a escuridão das dúvidas. Ao meu orientador por ajudar a percorrer e traçar novos caminhos e dificuldades neles encontrados, principalmente por ter aceitado e cumprido em curto período o pedido de orientação.

4 RESUMO Este projeto apresentará como integrar uma pequena rede de testes em linux em velocidades de 100Mbps, 1000Mbps, com cabeamentos de categoria 5e, 6 e principalmente com os protocolos em questão: IPv4, dando ênfase ao IPv6. A nova versão do protocolo IP foi desenvolvida pensando nas melhorias a serem realizadas com base na versão atual, tendo em mente que deveria ser um passo evolucionário em relação à versão 4, não um passo radicalmente revolucionário. Funções desnecessárias foram removidas; funções que trabalhavam bem foram mantidas e novas funcionalidades foram acrescentadas. As mudanças nas tecnologias de redes geram expectativas e curiosidades por parte dos principais interessados: os Administradores de Redes. Uma delas é quanto ao desempenho do protocolo IPv6, o ganho com cabeamento cat 6 com velocidades de 1 Gigabit. 4

5 ABSTRACT This project will present how to integrate a small net of tests in linux in speeds of 100Mbps, 1000Mbps, with cables of category 5e, 6 and mainly with the protocols in question: IPv4, giving emphasis to the IPv6. The new version of protocol IP was developed thinking the improvements to be carried through on the basis of the current version, having in mind that would have to be a evolutionary pacing in relation to version 4, not a radix revolutionary pacing. Unnecessary functions had been removed; functions that worked well had been kept and new functionalities had been added. The changes in the technologies of nets generate interested expectations and curiosity on the part of the main ones: the Administrators of Nets. One of them is how much to the performance of the protocol IPv6, the profit in cable cat 6 and with speeds of 1 Gigabit. 5

6 SUMÁRIO LISTA DE ABREVIATURAS...08 LISTA DE FIGURAS...09 LISTA DE TABELAS INTRODUÇÃO REFERENCIAL TEÓRICO TCP/IP IPV IPV IPV4 VERSUS IPV Cabeamento Categoria 5e e Fast Ethernet (100BaseT) e Gigabit (1000BaseT) METODOLOGIA DA AVALIAÇÃO Características da Rede Método de Coleta RESULTADOS E AVALIAÇÕES

7 5 CONCLUSÃO Perspectivas e propostas para pesquisas futuras REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...76 ANEXO

8 LISTA DE ABREVIATURAS 6Bone ARP DARPA DNS ESP ICMP IPv6 Backbone Address Resolution Protocol Defense Avanced research Projects Agency Domain Name Server Encapasulating Security Payload Internet Control Message Protocol ICMPv6 Internet Control Message Protocol version 6 IETF IP IPng Internet Engeering Task Force Internet Protocol Internet Protocol Next Generation IPv4 Internet Protocol version 4 IPv6 Internet Protocol version 6 LAN RFC RNP TCP UDP WAN WWW Local Área Network Request for Comments Rede Nacional de Pesquisa Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Wide Área Network World Wide Web 8

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Todos os registros efetuados de 01/04/1996 a 06/03/ Figura 2 - As quatro camadas do protocolo TCP/IP...24 Figura 3 Protocolos e Aplicações...25 Figura 4 - Cabeçalho IPv Figura 5 - Cabeçalho IPv Figura 6 - Cabeçalho Hop-by-Hop...35 Figura 7 - Cabeçalho de Roteamento...37 Figura 8 - Cabeçalho de Roteamento tipo Figura 9 - Cabeçalho de Fragmentação...39 Figura 10 - Cabeçalho de Autenticação...40 Figura 11 - Cabeçalho de Segurança...42 Figura 12 Encapsulamento IPv Figura 13 Estrutura de Cabos categoria 5e(à esq) e Figura 14 Protocolos de Transmissão Gigabit Ethernet...50 Figura 15 - Entrega do datagrama IP do host para o host

10 Figura 16 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 64 bytes...61 Figura 17 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 200 bytes...62 Figura 18 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 400 bytes...63 Figura 19 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 600 bytes...64 Figura 20 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 750 bytes...65 Figura 21 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 900 bytes...66 Figura 22 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 1100 bytes...67 Figura 23 - Velocidade de Transmissão com pacotes de 1300 bytes...68 Figura 24 Velocidade de Transmissão com pacotes de 1500 bytes...69 Figura 25 Médias de todos Modelos de 100 Mhz...71 Figura 26 Médias de todos Modelos de 1000 Mh...72 Figura 27 Desvio Padrão de todos Modelos de 100 Mhz...73 Figura 28 Desvio Padrão de todos Modelos de 1000 Mhz

11 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Performance TCP...26 Tabela 2 10Mbps Performance Ethernet...27 Tabela 3-100Mbps Performance Fast Ethernet...27 Tabela Mbps Gigabit Performance Ethernet...27 Tabela 5 - Exemplos de tipo de quadro...32 Tabela 6 - Protocolo Overhead...32 Tabela 7 - Tráfego com Ping...57 Tabela 8 Análise de Desempenho...70 Tabela 9 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 64 Bytes, cat6 a 100 MHZ...78 Tabela 10 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 200 Bytes, cat6 a 100 MHZ...78 Tabela 11 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 400 Bytes, cat6 a 100 MHZ...79 Tabela 12 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 600 Bytes, cat6 a 100 MHZ

12 Tabela 13 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 750 Bytes, cat6 a 100 MHZ...79 Tabela 14 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 900 Bytes, cat6 a 100 MHZ...79 Tabela 15 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1100 Bytes, cat6 a 100 MHZ...72 Tabela 16 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1300 Bytes, cat6 a 100 MHZ...80 Tabela 17 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1500 Bytes, cat6 a 100 MHZ...80 Tabela 18 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 64 Bytes, cat5e a 100 MHZ...80 Tabela 19 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 200 Bytes, cat5e a 100 MHZ...81 Tabela 20 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 400 Bytes, cat5e a 100 MHZ...81 Tabela 21 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 600 Bytes, cat5e a 100 MHZ...81 Tabela 22 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 750 Bytes, cat5e a 100 MHZ

13 Tabela 23 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 900 Bytes, cat5e a 100 MHZ...82 Tabela 24 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1100 Bytes, cat5e a 100 MHZ...82 Tabela 25 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1300 Bytes, cat5e a 100 MHZ...82 Tabela 26 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1500 Bytes, cat5e a 100 MHZ...82 Tabela 27 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 64 Bytes, cat6 a 100 MHZ...83 Tabela 28 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 200 Bytes, cat6 a 100 MHZ...83 Tabela 29 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 400 Bytes, cat6 a 100 MHZ...83 Tabela 30 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 600 Bytes, cat6 a 100 MHZ...83 Tabela 31 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 750 Bytes, cat6 a 100 MHZ...84 Tabela 32 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 900 Bytes, cat6 a 100 MHZ

14 Tabela 33 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1100 Bytes, cat6 a 100 MHZ...84 Tabela 34 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1300 Bytes, cat6 a 100 MHZ...84 Tabela 35 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1500 Bytes, cat6 a 100 MHZ...85 Tabela 36 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 64 Bytes, cat5e a 100 MHZ...85 Tabela 37 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 200 Bytes, cat5e a 100 MHZ...85 Tabela 38 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 400 Bytes, cat5e a 100 MHZ...85 Tabela 39 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 600 Bytes, cat5e a 100 MHZ...86 Tabela 40 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 750 Bytes, cat5e a 100 MHZ...86 Tabela 41 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 900 Bytes, cat5e a 100 MHZ...86 Tabela 42 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1100 Bytes, cat5e a 100 MHZ

15 Tabela 43 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1300 Bytes, cat5e a 100 MHZ...87 Tabela 44 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1500 Bytes, cat5e a 100 MHZ...87 Tabela 45 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 64 Bytes, cat MHZ...87 Tabela 46 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 200 Bytes, cat MHZ...87 Tabela 47 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 400 Bytes, cat MHZ...88 Tabela 48 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 600 Bytes, cat MHZ...88 Tabela 49 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 750 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...88 Tabela 50 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 900 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...88 Tabela 51 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1100 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...89 Tabela 52 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1300 Bytes, cat6 a 1000 MHZ

16 Tabela 53 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1500 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...89 Tabela 54 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 64 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...89 Tabela 55 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 200 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...90 Tabela 56 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 200 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...90 Tabela 57 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 600 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...90 Tabela 58 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 750 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...90 Tabela 59 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 900 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...91 Tabela 60 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1100 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...91 Tabela 61 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1300 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...91 Tabela 62 Tempo de Propagação do Datagrama IPv6 de 1500 Bytes, cat5e a 1000 MHZ

17 Tabela 63 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 64 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...92 Tabela 64 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 200 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...92 Tabela 65 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 400 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...92 Tabela 66 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 600 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...92 Tabela 67 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 750 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...93 Tabela 68 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 900 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...93 Tabela 69 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1100 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...93 Tabela 70 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1300 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...93 Tabela 71 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1500 Bytes, cat6 a 1000 MHZ...94 Tabela 72 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 64 Bytes, cat5e a 1000 MHZ

18 Tabela 73 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 200 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...94 Tabela 74 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 400 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...94 Tabela 75 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 600 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...95 Tabela 76 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 750 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...95 Tabela 77 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 900 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...95 Tabela 78 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1100 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...95 Tabela 79 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1300 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...96 Tabela 80 Tempo de Propagação do Datagrama IPv4 de 1500 Bytes, cat5e a 1000 MHZ...96 Tabela 81 Média de todos os Modelo de Tratamentos...96 Tabela 82 Desvio Padrão de todos os Modelo de Tratamentos

19 1 INTRODUÇÃO Nos últimos anos, a Internet demonstrou uma altíssima taxa de crescimento que superou as mais otimistas expectativas de uma década atrás. Isto, eventualmente, trouxe problemas que não estavam previstos. Com o grande número de hosts conectados, os endereços IP tornaram-se escassos principalmente pela maneira ineficiente como foram divididos em classes. Estes dois fatos contribuíram para gerar um crescimento das tabelas utilizadas para roteamento, o que tornou esta atividade lenta e ineficiente. As redes passaram a ter tráfegos maiores devido ao fato das aplicações tornarem-se mais volumosas. Claramente, o protocolo de rede utilizado, o IPv4 (internet protocol version 4) necessita ser substituído. Assim, em 1990, o Internet Engineering Task Force (IETF) começou a trabalhar no desenvolvimento da nova versão deste protocolo: o IPv6, que foi inicialmente conhecido como IPng (IP Next Generation). Finalmente, em 1995, o IPv6 estava sendo implementado. A rede Ethernet teve mudanças que poderiam ser consideradas como um upgrade nas suas características, pois não foram totalmente remodeladas e sim melhoradas tanto no que diz respeito ao cabeamento quanto ao protocolo mais difundido para estas redes: o TCP/IP. Esta pesquisa abrange testes de velocidade em cabeamento cat 5e e 6 em velocidades de 100 Mbps e 1000 Mbps com os protocolos IPv4 e IPv6. No segundo capítulo será apresentado um breve histórico da Internet, dos protocolos TCP/IP, IPv4, IPv6, Cabeamento Categorias 5e e 6, Fast Ethernet(100Mbps) e Gigabit. 19

20 No terceiro capítulo será mostrada a Metodologia da Avaliação, o laboratório utilizado, as características e configurações da rede. No quarto capítulo serão apresentados os relatórios e avaliações através dos testes realizados, sendo visualizado através de gráficos e tabelas comparativas. O tema deste projeto foi escolhido por se tratar de uma assunto atual, onde há a necessidade do estudo para compreender as diferenças das mudanças no funcionamento de redes de computadores baseadas no conjunto de protocolos TCP/IP, devido ao grande papel que o protocolo desempenha em relação à Internet e a grande maioria das redes mundiais. 20

21 2 REFERENCIAL TEÓRICO Em um mundo onde quem comercializa de forma mais eficiente mantém o cliente gera uma necessidade natural de se traçar estratégias para agilizar, coletar, transportar, armazenar, organizar e processar informações de forma a ganhar mercado. O objetivo inicial da Internet era permitir que pesquisadores acessassem os novos recursos de hardware da época, a Internet demonstrou excelentes níveis de velocidade e de eficiência e acabou transcendendo sua missão original, ela se encaixaria perfeitamente nos quesitos acima citados e viria revolucionar a comunicação. A Internet teve sua origem em meios militares norte-americanos no período da guerra fria, anteriormente chamava-se ARPANET. Apresentando uma estrutura de informação distribuída por múltiplas bases, tinha por finalidade servir de veículo de troca de informações científicas e de segurança nacional capaz de resistir a um ataque nuclear. Com a implantação de novos serviços que deram a feição atual como a World Wide Web (WWW) lançado em 1991, que viabiliza a transmissão de imagens, som e vídeo pela rede. Até então circulavam praticamente só textos pela Internet. Com a WWW, a Internet se populariza entre os usuários comuns de computador. Nesta época surgem os provedores de acesso, empresa comerciais que vendem aos clientes o meio de navegar na Internet. Em 1994 já tinha por volta de 40 mil redes, em 1996 já eram 100 mil redes e daí em diante passou a crescer extraordinariamente e já não dependia mais das Universidades ou dos centros de pesquisa. O site Registro.br, órgão 21

22 responsável pelo registro de domínios para Internet no Brasil disponibiliza mensalmente o crescimento dos domínios no Brasil (Figura 1). A Internet2 foi criada com o objetivo de dinamizar o desenvolvimento de tecnologias e aplicações de redes na Internet para universidades de vários países, centros de pesquisa, além de agências do governo e indústria, tecnologia estas que seriam desenvolvidas, testadas e posteriormente, lançadas no mercado. Entre as principais aplicações de serviços destacam-se: projetos em 3D, Telemedicina, Bibliotecas Digitais com reprodução de imagens de áudio e vídeo, entre outros estudos. 22

23 No Brasil o acompanhamento do desenvolvimento da Internet2 vem sendo realizado através do Ministério da Ciência e Tecnologia MCT e Rede Nacional de Pesquisa RNP. 23

24 2.1 TCP/IP Surgiu com o objetivo de padronizar um protocolo de comunicação para diferentes sistemas operacionais, criados pelo DARPA em meados de O grande destaque do TCP/IP ter se difundido foi a compatibilidade com diversos sistemas operacionais e modelos de hardware, possibilitando a diversidade de várias tecnologias com uma mesma forma de comunicação. Vejamos as quatro camadas do protocolo TCP/IP: Cada camada tem uma diferente aplicação: 1. A camada link, também chamada de camada data-link ou network interface, normalmente inclui os drivers de dispositivos no sistema operacional e corresponde a interface da placa de rede do computador. 2. A camada rede (algumas vezes chamada de Internet layer) negocia o movimento dos pacotes em toda a rede. Roteando os pacotes. 24

25 3. A camada de transporte providencia o controle de dados entre dois hosts, para a camada de aplicação acima. O protocolo TCP/IP tem dois diferentes protocolos de Transporte: TCP e UDP. 4. A camada de aplicação negocia os detalhes em particular de cada aplicação. Para organizar seu livro: TCP/IP Ilustred Vol 1: The Protocols, Richard Stevens ilustra a conexão entre vários protocolos e aplicações(figura 3): Performance TCP O desempenho do TCP é uma medida da habilidade de uma rede de transportar dados do usuário do TCP. Os cálculos do desempenho esclarecem a 25

26 ligação de dados e o protocolo de TCP/IP associados, transportado do usuário do TCP para vários tamanhos do pacote. Seguindo os cálculos de Richard Stevens na Seção 24 podemos ter uma noção da performance do TCP. O volume dos cálculos do desempenho é baseado na operação em uma LAN do Ethernet 10Mbps. Performance para MTU 1500, MSS 1460 Tabela 1: Performance TCP Field Data #bytes ACK #bytes Ethernet preamble 8 8 Ethernet destination address 6 6 Ethernet source address 6 6 Ethernet type field 2 2 IP Header TCP Header User data Pad (to Ethernet minimum) 0 6 Ethernet CRC 4 4 Interpacket gap (9.6 microsecond) (12) (12) Total Supondo que o remetente transmite dois segmentos de dados sem redução back-to-back, e então o receptor emite um ACK para estes dois segmentos. E supondo que se a janela do TCP estiver aberta a seu tamanho máximo (65535, não usando a opção da escala da janela), esta permite uma janela de 44 segmentos 1460-byte. Se o receptor emitir a um ACK cada 22 segmentos o throughput máximo (dados do usuário). 26

27 Throughput=(22*1460 /22* )x( /8)=1,55,063 bytes/seg Abaixo temos uma estimativa da freqüência do pacote que observaria durante um intervalo onde os 22 pacotes dos dados do TCP e o ACK: Throughput=(22+1/22* )*( /8)=848 pacotes/seg Com base nos dados calculados tendo 848 pacotes por segundo para 10 Mbps da tabela 2 podemos fazer uma associação para 100Mbps(tabela 3) de e 1000 Mbps(tabela 4) Tabela 2: 10Mbps Performance Ethernet 10Mbps Ethernet Performance Summary TCP Throughput bytes/sec Packet Frequency Pkt/Sec MTU 1500, MSS A escala usada no sumário é simples, é extrapolado para os 100Mbps Fast Ethernet e a Ethernet LANs do Gigabit 1000Mbps. Tabela 3: 100Mbps Performance Fast Ethernet 100Mbps Ethernet Performance Summary TCP Throughput bytes/sec Packet Frequency Pkt/Sec MTU 1500, MSS Tabela 4: 1000Mbps Gigabit Performance Ethernet 1000Mbps Ethernet Performance Summary TCP Packet 27

28 Throughput bytes/sec Frequency Pkt/Séc MTU 1500, MSS IPv4 É o protocolo responsável pela comunicação entre máquinas em uma estrutura de rede TCP/IP. As funções mais importantes são a atribuição de um esquema de endereçamento independente do endereçamento da rede utilizada abaixo e independente da própria topologia de rede utilizada. Vejamos a estrutura do Cabeçalho IPv4: Existem muitos campos de cabeçalho no cabeçalho IP, cada qual com uma função a ser determinada pela estação de recebimento. O primeiro campo é VERS, ou versão, ele define a versão atual do IP implementado pela estação da rede. O comprimento do cabeçalho do IP (todos os campos, exceto o campo de dados do IP) pode variar. Nem todos os campos no cabeçalho do IP precisam ser usados. Esses campos são medidos na quantidade de palavras de 32 bits. O 28

29 cabeçalho mais curto do IP terá 20 bytes; portanto esse campo conteria um 5(20 bytes = 160 bits; 160 bits/32 bits = 5). Esse campo é necessário para que o cabeçalho varie de comprimento de acordo com o campo chamado options(opções). O campo de serviço trata de uma entrada que permitiria que os aplicativos indicassem o tipo de percurso de roteamento de que gostariam (o ponto principal é que o aplicativo escolhesse o campo). Por exemplo, um protocolo em tempo real escolheria baixo retardo, rendimento alto e confiabilidade alta uma transferência de arquivos não precisa disso. O tipo de serviço (Type of Service) é formado pelos seguintes campos: precedência, retardo, rendimento e confiabilidade. No entanto, aceitar esse campo fez o roteador suportar várias tabelas de roteamento por roteador, e essa complicação nunca evoluiu com os fornecedores de roteadores. O comprimento total é o comprimento do datagrama (e não do pacote) medido em bytes(esse campo designa 16 bits, o que significa que a área de dados do datagrama o IP pode apresentar bytes de comprimento). A fragmentação permite que um datagrama muito grande seja encaminhado para o próximo segmento de LAN a ser dividido em segmentos menores para serem remontados no destino. Um datagrama de IP fragmentado contém os seguintes campos: Identification, Flags, Offset. O campo Identification indica quais fragmentos de datagrama pertencem a determinado datagrama, para que estes não se confundam. A camada IP de recebimento usa esse campo e o endereço IP de origem para identificar quais fragmentados pertencem a determinado datagrama. 29

30 As Flags indicam se mais fragmentos chegarão ou se não serão enviados mais dados para esse datagrama(mais nenhum fragmento). Indicam se o datagrama deve ou não ser fragmentado. Se um roteador receber um pacote que deverá fragmentar para ser encaminhado e se o bit de não-fragmentação for definido, ele descartará o pacote e enviará uma mensagem de erro (através de um protocolo conhecido como ICMP, que será analisado mais adiante) para a estação de origem. No campo Offset todos os cabeçalhos do IP de cada um dos datagramas fragmentados são quase idênticos. Esse campo indica o offset(em bytes) do datagrama anterior que continua o datagrama completo. O campo TTL(Time to Live) indica a quantidade de tempo que um datagrama pode permanecer na rede. Existem duas funções para o campo TTL: limitar o tempo de vida de um segmento TCP(dados transmitidos) e finalizar os loops de roteamento. O campo de protocolo é usado para indicar qual protocolo de nível mais alto deve receber os dados do datagrama(isto é, TCP, UDP, OSPF ou possivelmente outro protocolo). O campo Header Checksum serve para garantir a integridade do cabeçalho. Toda vez que o datagrama é recebido por um roteador, esse roteador recalcula a soma de verificação. Por que alterá-la? Porque o campo TTL é alterado por todo roteador que o datagrama atravessa. Os campos a seguir são os campos Source e Destination Address. Eles são importantes para a identificação da rede e da estação IP individual em uma rede IP. Os usuários irão perceber sua importância quando iniciarem sua estação 30

31 de trabalho ou tentarem acessar outras estações sem usar o servidor de nome de domínio ou um arquivo de host atualizado. Esses campos indicam o originador do datagrama, o endereço IP de destino final para o qual o pacote será transmitido e o endereço IP da estação que transmitiu o pacote originalmente. Todos os hosts em uma ligação entre redes IP serão identificados por esses endereços. O campo IP Options contém informações sobre o roteamento de origem, traçando uma rota, marcando o tempo do pacote à medida que ele atravessa os roteadores e as entradas de segurança. Esses campos podem ou não constar do cabeçalho. Quadro Ethernet Através do quadro ethernet podemos tirar conclusões à respeito do desempenho do protocolo. Não existem quadros ethernet menores que 64 octetos ou maiores que octetos (cabeçalhos, dados e CRC), os campos do frame são: Preâmbulo (8 octetos) - Destino (6 octetos) - Origem (6 octetos) - Tipo de Quadro (2 octetos) - Este campo contém um número inteiro de 16 bits que identifica o tipo de informação que está sendo transportada no quadro. Para a Internet, o campo tipo de quadro é fundamental porque demonstra que os quadros da ethernet são auto-identificáveis. Quando um quadro chega a determinado equipamento, o sistema operacional utiliza o tipo de quadro para determinar qual módulo do 31

32 software do protocolo deve processar o quadro. Podemos ver exemplos de tipos de quadro na tabela 1. Tabela 5: Exemplos de tipo de quadro 0806 ARP - Address Resolution Protocol 8035 RARP - Reverse Address Resolution Protocol 814C SNMP - SNMP Over Ethernet Dados (64 ~ 1500 octetos) - CRC - Cyclic Redundancy Check (4 octetos) Tabela 6: Protocolo Overhead Frame Part Inter Frame Gap (9.6µs) MAC Preamble (+ SFD) MAC Destination Address MAC Source Address MAC Type (or Length) Payload (Network PDU) Check Sequence (CRC) Total Frame Physical Size Minimum Size Frame 12 Bytes 8 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46 Bytes 4 Bytes 84 Bytes Interframe Gap significa que os dispositivos do Ethernet devem reservar um período inativo mínimo entre a transmissão dos frames descobertos como a abertura interframe (IFG) ou a abertura do interpacket (IPG). A abertura interframe mínima é 96 vezes, que é 9.6 microssegundos para Ethernet de 10 Mb/s, 960 nanossegundos para Ethernet de 100 Mb/s, e 96 nanossegundos para Ethernet de Gb/s. 32

33 Philip Dykstra fez alguns cálculos para determinarmos o overhead que influenciará na largura de banda,: Ethernet overhead bytes: 12 gap + 8 preamble + 14 header + 4 trailer = 38 bytes/packet Ethernet Payload data rates are thus: 1500/( ) = % TCP over Ethernet: Assuming no header compression (e.g. not PPP) Add 20 IPv4 header or 40 IPv6 header (no options) Add 20 TCP header Add 12 bytes optional TCP timestamps Max TCP Payload data rates over ethernet are thus: ( )/( ) = % IPv4, minimal headers ( )/( ) = % IPv4, TCP timestamps ( )/( ) = % IPv6, minimal headers ( )/( ) = % IPv6, TCP timestamps 2.3 IPv6 O protocolo IPv6 ou IPng (Internet Protocol Next Generation) foi projetado principalmente para atuar com melhoras com relação ao IPv4 em redes de alta performance mantendo-se eficiente em redes de baixa performance. Entre 33

34 outros fatores está a escassez de endereços para as atuais redes, questões não projetadas no IPv4 como a segurança e Qualidade de Serviço. O IPv6 vem sendo estudado e implementado em redes de testes. A rede global 6Bone é responsável pela ligação de redes independentes, a primeira conexão foi estabelecida em 1998 com a Cisco System, nos EUA. Segundo ALVES, o projeto IPng sofreu várias evoluções de diferentes propostas da IETF juntamente com diversos grupos de trabalho. Diversos esforços paralelos começaram então explorar maneiras resolver estas limitações do endereço ao mesmo tempo fornecer a funcionalidade adicional SIP e PIP, deram origem à proposta. Em 1994 é aprovado o documento The Recommendation for the IP Next Generation Protocol como norma oficial de desenvolvimento do IPNG(ALVES, Marcos Vinicius B). A IETF criou o Backbone IPv6, ou 6Bone que consiste em criar pequenas redes IPv6 e conectar estas redes entre si através de túneis, ou links virtuais, sobre as redes IPv4 existentes. No Brasil foi criado o Br6Bone, um backbone nacional que interligaria todas as instituições dentro do Brasil e que desejassem participar do projeto. A coordenação do 6Bone é de responsabilidade do CEO (Centro de Engenharia e Operações) da RNP, é ele responsável pela distribuição de endereços e a interligação do Br6Bone com o 6Bone, feito através de um túnel IPv4 com a Cisco no Estados Unidos. O datagrama IPv6 possui um cabeçalho(header) com menos campos, cabeçalhos estendidos(opcionais) e campos para dados. O menor datagrama tem o cabeçalho base seguido dos dados (Figura 5). 34

35 Version- Versão do cabeçalho, o valor padrão é 0110, 4 bit. Prioriy Valor da prioridade. Nela estão protocolos capazes de diminuir o fluxo de envio caso ocorra congestionamento, 4 bit. Flow Label Está à informação se o datagrama deve ou não ser tratado de maneira especial, reservando o recurso que exija uma alta qualidade de serviço, 24 bit. Payload length, É o tamanho do pacote sem contar o campo header, pode ter até 8 bit. Next header Identifica o próximo cabeçalho 8bit. Hop Limit Número máximo de hops pelos quais o pacote pode trafegar. Decrementando em 1 a cada nó que repassa o pacote. Quando seu valor for igual a 0 o pacote é descartado, 8 bit. Source Address Endereço origem do pacote, 128 bit. 35

36 Destination Address Endereço destino do pacote 128 bit. Mecanismos adicionais são suportados mas incluídos em cabeçalhos extras somente quando necessários. Para seguir a seqüência, cada cabeçalho de extensão deve ter o campo next header. Nunca há ambigüidade em relação ao próximo cabeçalho, pois existe um identificador único para cada tipo. Cabeçalhos Hop-by-Hop e Destination Os cabeçalhos Hop-by-Hop e Destination têm o mesmo formato. No Hop-by-Hop estão informações que precisam ser processadas por cada roteador intermediário (Figura 6). Cabeçalho Genérico de Roteamento Possui uma lista de um ou mais nodos que devem ser percorridos no caminho para o destino. Os cabeçalhos de roteamento sempre começam com um bloco de 32 bit divididos em 4 campos de 8 bit cada (Figura 7). 36